三维体数据可视化技术在铸造工程中的应用研究

1、三维体数据可视化技术在铸造工程中的应用研究摘要：随着现今科学技术的快速发展，可视化技术也得到了快速发展。可视化技术主要是用于科学计算，其在计算机辅助工程应用的后置处理中得到了十分广泛的运用。在工程中利用计算机的辅助分析，进行数据处理的可视化技术可对系统的应用效果产生直接的影响，尤其是对三维数据进行模拟，从而对铸造充型过程中的各个环节进行直接以及真实地表现。经过现存的分析发现，该系统主要利用的网格显示方法对分析系统进行显示，但是缺乏对空间单元的不同状态进行有效表示以及对系统内部细节进行详细地表述。利用曲面进行表示发现，虽然这时可对切片技术以及剖面技术进行利用，从而对数据场内部发生的变化规律进行相应的观察。但是，由于在其中可以被表示的信息量是十分有限的，且缺乏对其进行整体以及一致性的描述。在三维体数据可视化技术中利用到的体绘制算法可以在其中使用到计算机辅助工程。通过对物体中的三维数据授予其他的颜色以及不透明度的条件，可以对三维数据场内内部的细节进行有效表示，如利用工程中的分析软件可以对铸件内部的缩孔位置进行科学计算，为在设计阶段使得产品的制造过程以及质量得以真实表现，在虚拟设计以及铸造业技

2、术发展过程中起到了重要的作用。关键词：三维体数据、可视化技术、铸造工程、应用研究现今，随着可视化技术的发展迅速，可视化技术在铸造业中也得到了广泛的应用。可视化主要就是指对人脑中的印象构造过程所进行的一种仿真，从而对用户的判断以及理解进行支持。具体地说，它是将科学计算的过程以及计算得到的结果所得到的数据进行图形或图像信息的转换，并对其进行交互式分析。可视化的技术已经成为现今信息时代人类进行信息分析的主要工具1。三维可视化技术也是现今计算机科学领域内研究的主要方面，需要对合理的空间算法进行研究，从此实现在三维空间中对现实世界进行真实再现，从而为用户提供一种方便、直观以及快捷的显示手段。上世纪八十年代开始，科学可视化开始得到了发展。通过在铸造工程中应用可视化技术，使得铸造工程中的三维空间可视化研究具有了一定的可能性。相较于其他工程来说，铸造工程具有其自身的复杂性，因此在工程设计中对施工的过程进行不间断的变更，这主要依据的就是从现场中获取的各种必要信息2。从现场获取到的信息具有信息数量较大，种类较丰富等原因，因此需要利用计算机进行快速处理，并对其结果进行相应的分析，对现场进行优化设计以及指导施

3、工之后，再对其进行及时反馈。一、 可视化技术在铸造工程中的实际应用就目前来看，可视化技术在铸造工程中的应用主要体现在以下几个方面：首先，建立三维建模系统。可视化技术现今在铸造工程中已经得到了广泛利用，并通过对规则网格或者是Delaney三角网的实际应用，在其中建立相应的三维地表模型。三维地质的实体模型开发以及相关的研究在现今也取得了一定的进步3。其次，三维数值模拟分析。在进行数值分析的时候，三维分析远远比二维分析具有更大的意义以及价值，也只有在铸造工程中进行相应的三维分析，才能使得计算以及分析的方法更加科学合理。在三维有限元分析的前处理以及后处理功能中主要依赖于可视化的技术来进行实现。再次，进行三维可视化研究，在对铸造工程的稳定性分析的过程中，由于铸造与其他工程具有一定的区别性，通过三维可视化图形可对工程的实际情况有个更为详细的了解，从而对其进行准确的科学分析，并对地质问题作出合理以及科学的结论或决策。综上所述，从宏观角度来说，可视化技术的基本方法具有数据场、标量场以及矢量场、张量场以及其他数据的可视化。要想对可视化过程进行实现主要包括数据预处理以及数据构模、图形生成等等4。利用可视化

4、技术可以对铸造工程进行相关的图形模拟，从而在其中对传统复杂抽象的符号进行了极大的减少，以一种更加直观以及形象的表达方式对铸造工程的环境进行表达，从而实现用户与模拟系统之间的交互操作，可对人们研究空间分析的能力进行极大提高。二、 铸造工程中的三维可视化研究科学的可视化技术主要就是将科学计算过程中以及得到的计算结果所产生的数据转化为一定的图形或者是图像信息，并对其进行相应的交互式分析。计算机在图形设备上可以生成一定的真实可感的三维图形，这时必须对4个基本任务进行完成：首先，利用数学方法建立三维场景中所需要的几何描述，并将其在计算机中进行输入。这部分的工作可由三维立体造型或者是曲面造型系统来帮助其完成。场景中的几何描述也会对图形的准确以及图形绘制的计算耗费进行直接影响，从而对有效的数据表示或合理的输入手段产生一定的影响。其次，将三维几何转化为二线透视图，可以通过对场景中的透视进行变换来完成。再次，对场景中的所有可见画面进行确定，一般会使用到隐藏面消除算法，从而将视域之外或者被物体所遮挡住的不可见面进行消除5。最后，对场景中的可见面颜色进行科学计算。 主要是根据光学物理的光照明模型对可见面投射

5、的光亮度大小以及色彩进行相应的调整，并将其转化为适合图形设备的相关颜色值，从而对投影画面上的每一像素颜色进行确定。在利用明暗处理模型对画面上的每一像素颜色进行确定，从而最终形成图形。另外，在三维动态可视化中还需要另外增加一个处理步骤，也就是在生成三维动画所需要的相关要素。铸造工程所需要处理的对象性质较为复杂，因此，需要研究使用三维数据的相关结构以及其他有效的建模技术，可以对工程的实际情况进行充分反应，且便于对数据进行相应的管理以及操作，进而实现系统内部的高效显示以及其他所需的分析基础6。为了从不同角度对铸造工程网络更好地进行研究分析，就可以对三维网络图来进行充分利用，还可以通过这一技术生成一系列的切面图。在工程中的三维模拟技术工程应用中一般涉及到以下几个方面：一是结构面连通性分析，需要对工程的实际情况以及工程的稳定性进行相应的分析，对其中可能存在的安全隐患进行详细分析。二是对工程的RQD值进行相应的估算。三、 实现方式现今，随着计算机硬件技术、科学计算的可视化技术以及三维真实感图形学等科学技术的不断发展，空间数据的相关图形表达也可以从二维静态的图形显示发展到动态的三维可视化以及相关虚拟

6、显示技术的动态显示。三维工具在现今社会也出现较多，其中利用较为广泛的三维图形语言主要有java3D、VRML以及OpenGL等等7。利用这些工具可以实现对三维模型的再次建造，从而对三维图形的交互操作进行实现。这种实现方式的基本图形操作技术一般来说主要有：物体的绘制技术、着色技术以及混合技术、反走样技术、光照模型技术以及雾化技术、动画技术等等。其中具有一定代表性的技术就是专业的图形处理，科学计算等等进行高端应用的相关领域标准图形库。利用OpenGL可以对三维可视化进行实现，从而对透视、肖隐以及光照等问题进行实际解决8。开发者还需要对实体内的可视化建模进行相应的解决，其中包括对控制点坐标的转换以及三角格网的建立、计算法向量等等。在进行三维显示的时候，也可对OpenGL原理进行利用，场景中的数据首先被转换为点线面等图形元形式进行加工，并注意逐个顶点完成之后，需要进行一定的光栅化，对其表面纹理进行张贴之后，生成二维片段。再将每个片段进行相应的处理之后就可以得到像素，将像素中的参数存入到相应的缓冲区。在处理的过程中，需要对片段是否被遮挡进行判断，只有在视角内的像素才能在缓冲区中写进。最后可以让缓

7、冲区的相关像素在窗口进行显示，再利用OpenGL对三维可视化实体进行实现。因此，利用该项原理可以对三维建模以及其他的三维图形进行显示，是现在的三维技术中应用最为广泛，也是首选的一项技术9-11。结语：铸造工程属于一种复杂的系统，在铸造工程中实现可视化需要应用到大量的高新技术以及其他很广泛的专业知识，甚至对多个学科以及领域内的知识技术都进行了运用。由于在三维可视化技术中对数据处理具有很大程度的高效性以及直观形象性，因此，在铸造工程中运用这种技术具有十分突出的意义。随着对铸造工程领域内的相关内容研究不断加深，可视化技术在这个领域中也将会得到更加广泛的应用。参考文献：1郝源,赖南.浅谈三维可视化技术在公路工程设计中的应用J.内蒙古科技与经济,2013,02:117-118.2郑迪,严勇,杨光.移动三维可视化技术在水电工程施工中的应用J.人民长江,2013,05:15-17+26.3吴宏,董金义,李瑞冬,张华伟,尚海龙,曾建军.三维可视化技术在舟曲县城区灾后重建泥石流防治工程中的应用J.冰川冻土,2013,02:383-388.4吴冲龙,何珍文,翁正平,刘军旗.地质数据三维可视化的属性、分类和关键技术J.地质通报,2011,05:642-649.5叶思源,吴树仁,欧阳永龙.地质三维可视化建模与其剖面自动制图应用研究J.地质与勘探,2011,03:498-504.6袁立伟,杨树文,杨维芳,刘涛.基于ENVI+IDL的遥感三维地形可视化技术研究与实现J.兰州交通大学学报,2011,03:116-119.7杨建元,夏松林,张云青,李壮,王康.三维可视化技术在海上平台工程建设项目管理中的应用J.项目管理技术,2016,07:87-91.8孟永东,蔡征龙,徐卫亚,田斌,周建军.边坡工程中监测数据场三维云图实时动态可视化方法J.岩石力学与工程学报,2012,S2:3482-3490.9张洋洋,周万蓬,吴志春,郭福生,郑翔.三维地质建模技术发展现状及建模实例J.东华理工大学学报(社会科学版),2013,03:403-409.10蔡柏松,王建康.3DGIS技术在管道完整性管理中的应用J.天然气工业,2013,12:144-150.11徐文杰,唐德泓,谭儒蛟,张启斌.数字基坑系统在深大基坑工程中的应用J.岩石力学与工程学报,2015,S1:3510-3517.

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